第11卷第3期上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2011年9月JOURNAL OF SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE)Sep.2011文章編號(hào):1671-73332011)03-0229-04熱模擬試驗(yàn)機(jī)鋼熱變形模擬結(jié)果分析張紅英,張鴻冰(上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200235)摘要:利用熱/力學(xué)模擬試驗(yàn)機(jī),對(duì)40Cr鋼進(jìn)行了變形溫度為710℃~1050℃,應(yīng)變速率為0.1/s~30/s,應(yīng)變量為0.1~1.0的熱模擬單向單道次壓縮試驗(yàn)。分析了試樣變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的真應(yīng)變以及試樣熱變形后的最大直徑、橫向最大真應(yīng)變。結(jié)果表明,40Cr鋼在應(yīng)變速率為10/s及以上時(shí),試樣實(shí)際橫向最大真應(yīng)變與變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的真應(yīng)變量相差明顯,兩者之間的差值隨應(yīng)變速率的增加而增加。變形溫度及變形量沒(méi)有使兩者產(chǎn)生明顯差異。關(guān)鍵詞:40Cr;熱變形;真應(yīng)變中圖分類(lèi)號(hào):TG113.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAnalysis of Simulation Results of Steel Thermal Deformationof Thermal Simulation Testing MachineZHANG Hong-ying, ZHANG Hong-bing(School of Materials Science and Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, ChinaAbstract: In this paper, the heat/mechanics moulding texting machine was used to make thermal compressive test for the 40Cr steel. The thermal deformation processing parameters were: deformationtemperature: 710C-1050C, strain rate: 0.1/s-30/s, strain: 0.1-1.0. Maximum diameter of specimens after thermal deformation and horizontal maximum strain was analyzed The results indicate thatspecimen deformation uniformity is obvious in strain rate for 10/s and above, uneven level increaseswhen strain rate increases. Deformation temperature and quatity does not have significant impact on thetwoKey words: 40Cr; thermal deformation; true strain熱模擬試驗(yàn)是鋼鐵材料研究過(guò)程中傳統(tǒng)的研數(shù)、熱塑性、顯微組織及相變行為等基礎(chǔ)研究工作究手段之一。相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)大生產(chǎn)試驗(yàn),熱模擬試和生產(chǎn)工藝過(guò)程的模擬都可以在熱模擬試驗(yàn)機(jī)上驗(yàn)具有節(jié)約材料、節(jié)省時(shí)間和人力、快速便捷地獲進(jìn)行2取鋼鐵材料的熱物性參數(shù)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)大生圓柱形試樣的單向高溫壓縮試驗(yàn)常用來(lái)模擬產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。鋼鐵熱變形過(guò)程中的力學(xué)參熱擠壓和鍛造過(guò)程,其特點(diǎn)在于可直接在較大應(yīng)中國(guó)煤化工收稿日期:2011-04-25基金項(xiàng)目:上海市教委重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目(J51504)CNMHG作者簡(jiǎn)介:張紅英(1963-),副教授,主要研究方向?yàn)榻饘俨牧系墓に囆阅苌虾?yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第11卷變速率范圍內(nèi)測(cè)定材料在熱變形條件下的應(yīng)力-最大真應(yīng)變。比較試樣實(shí)際橫向最大真應(yīng)變和試應(yīng)變關(guān)系以及熱變形條件和組織的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但樣變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的真應(yīng)變的大小,分析由于工件和模具之間存在接觸摩擦高溫變形時(shí)熱變形參數(shù)對(duì)試樣變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變樣品易出現(xiàn)諸如腰鼓和側(cè)翻等不均勻變形現(xiàn)象,量數(shù)據(jù)的影響作用使所測(cè)定的應(yīng)變、應(yīng)力偏離實(shí)際情況,降低試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。物理模擬結(jié)果與實(shí)際變形條件的2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析接近程度直接影響到物理模擬的參考意義4。因此,了解熱變形條件對(duì)試樣變形不均勻程度的影圓柱形試樣的熱壓縮變形過(guò)程中,由于壓頭響是材料變形行為研究中需注意的問(wèn)題。與試樣兩端之間存在摩擦力、溫度梯度等的影響本文通過(guò)分析40Cr鋼在不同溫度、應(yīng)變速變形后試樣往往出現(xiàn)腰鼓狀,通常最大變形部位率、熱變形量時(shí),熱模擬變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的處于試樣中心橫截面處s。應(yīng)變量與通過(guò)測(cè)定熱變形試樣橫向最大直徑計(jì)算2.1應(yīng)變量的影響獲得的橫向最大真應(yīng)變量之間的差異,了解結(jié)構(gòu)表1是40Cr鋼試樣在變形溫度為710、760鋼熱變形模擬測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性,以便合理分析、950℃、變形速率為1/s時(shí),不同變形程度對(duì)應(yīng)的利用鋼熱變形模擬測(cè)試結(jié)果計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量、通過(guò)變形試樣計(jì)算的橫向最大應(yīng)變量。圖1是試樣實(shí)際橫向最大應(yīng)變量與1實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量的比較,圖中直線為y=表1應(yīng)變量對(duì)模擬結(jié)果的影響試驗(yàn)鋼為40Cr,正火狀態(tài)。樣品為圓柱體,Tab. 1 Effect of strain on simulation results尺寸為卓8mm×15mm。試樣在 Gleeble1500變形溫度rC應(yīng)變(采集)橫向最大真應(yīng)變(計(jì)算)熱/力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行熱模擬單向單道次0.14壓縮熱變形。熱變形工藝為將樣品以20℃/s0.540.54的加熱速度升溫到1200℃,保溫5min后以10℃/s的降溫速度降到變形溫度,保溫1min,在0.10設(shè)定的變形條件下對(duì)樣品進(jìn)行壓縮變形,之后7600.54直接水淬。0.750.77試樣熱變形溫度為710℃~1050℃,應(yīng)變0.110.12速率為0.1/s~30/s,應(yīng)變量為0.1~1.0。試樣0.490.54熱變形過(guò)程中,由 Gleeble1500系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采0.79集真應(yīng)力、真應(yīng)變、載荷、位移、溫度等數(shù)據(jù)。測(cè)量試樣熱變形水冷后的最大直徑,計(jì)算相應(yīng)的橫向張迷0.800.20.406a.101橫向最大真應(yīng)變橫向最大真應(yīng)變橫向最大真應(yīng)變a)變形溫度為710°C時(shí)b)變形溫度為760°C時(shí)(c)變形溫度為950°C時(shí)圖1應(yīng)變量對(duì)模擬結(jié)果的中國(guó)煤化工Fig. 1 Effect of strain on simtCNMHG第3期張紅英,等:熱模擬試驗(yàn)機(jī)鋼熱變形模擬結(jié)果分析由圖1可見(jiàn),40Cr鋼試樣在變形速率為1/s、表3應(yīng)變速率對(duì)模擬結(jié)果的影響不同變形溫度時(shí),不同變形量對(duì)應(yīng)的試樣實(shí)際橫Tab 3 Effect of strain rate on simulation results向最大應(yīng)變量大于或等于計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量。變形溫應(yīng)變速真應(yīng)變橫向最大真除變形量約為0.1時(shí),兩者相對(duì)差異較大之外,變度/℃率/s-1(采集)應(yīng)變(計(jì)算)形量較大時(shí),兩者幾乎相等。試樣變形后中截面0.90處變形量最大,變形對(duì)稱(chēng)性較好。0.860.882.2溫度的影響0.770.90表2是40Cr鋼試樣在變形速率為1/s、不同0.730.81變形溫度時(shí),計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量通過(guò)變形試樣0.81計(jì)算的實(shí)際橫向最大應(yīng)變量表2溫度對(duì)模擬結(jié)果的影響0.710.700.94Tab 2 Effect of temperature on simulation results0.10.880.91變形溫度/℃真應(yīng)變(采集)橫向最大真應(yīng)變(計(jì)算)0.880.860.880.790.817600.750.770,740.830.780.790.830.840.77城0.8由圖2可見(jiàn),40Cr鋼試樣在變形速率為1/s、變形量約0.8、變形溫度為710℃~1050℃0510時(shí),計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量也是小于或等于通過(guò)應(yīng)變速率/s(a)變形溫度為710°C時(shí)變形試樣計(jì)算的橫向最大應(yīng)變量,兩者非常接近。雖然900℃時(shí)兩者相對(duì)差異值最大,但是只有3.8%。說(shuō)明熱變形溫度沒(méi)有使兩者產(chǎn)生0.8明顯的差異,試樣變形后中截面處變形量最大,變形對(duì)稱(chēng)性較好。0.90應(yīng)變應(yīng)變速率/s0.8b)變形溫度為760°C時(shí)700750800850900950100010501100變形溫度/05應(yīng)變速率/s圖2溫度對(duì)模擬結(jié)果的影響(c)變形溫度為950°C時(shí)Fig. 2 Effect of temperature on simulation results口真應(yīng)變(采集)囚橫向最大真應(yīng)變23應(yīng)變速率的影響圖3應(yīng)變速率對(duì)模擬結(jié)果的影響表3是40Cr鋼試樣在變形量約0.8、不同變3V中國(guó)煤化工址mru形速率時(shí),計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量與通過(guò)變形試樣由圖CNMH交形溫度為710計(jì)算的橫向最大應(yīng)變量?！鎫950℃、變形量約0.8、不同變形速率時(shí),試樣上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第11卷變形情況相似。鋼在應(yīng)變速率為10/s及以上時(shí),(2)40Cr鋼在應(yīng)變速率為10/s及以上時(shí),熱計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量與通過(guò)變形試樣計(jì)算的橫向模擬變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量與變形試樣最大應(yīng)變量相差較大,而且,兩者之間的相差值隨實(shí)際計(jì)算的橫向最大應(yīng)變量相差較大,兩者之間應(yīng)變速率增加而增加相對(duì)相差值在10/,950、的相對(duì)相差值隨變形速率的增加而增加760、710℃時(shí)分別達(dá)11%、14%、14%;在30/3)應(yīng)變速率越大鋼熱壓縮變形受壓頭與時(shí),分別達(dá)25%、25%、23%。說(shuō)明應(yīng)變速率為試樣端面之間的摩擦力、溫度梯度等因素的影響10/s及以上時(shí),試樣受壓頭與試樣端面之間的摩越大,越容易發(fā)生不均勻、不對(duì)稱(chēng)變形,影響計(jì)算擦力溫度梯度等因素的影響作用加劇,發(fā)生不對(duì)機(jī)采集的應(yīng)變量數(shù)據(jù)的有效性。稱(chēng)變形,試樣變形不均勻程度加劇。熱模擬變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量、應(yīng)力不能代表變形參考文獻(xiàn):部位真正的真應(yīng)變、真應(yīng)力。應(yīng)變量是鋼變形程度的衡量,奧氏體組織的1]袁向前,張賢鍇,時(shí)旭,等.鎳基合金圓柱形熱模擬熱變形程度會(huì)對(duì)隨后冷卻過(guò)程中奧氏體的分解、試樣熱變形后鼓形的有限元研究[J.寶鋼技術(shù),新相的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其形核位置、形核率、長(zhǎng)大速2010,(5):38-4率等產(chǎn)生影響。變形不均勻的奧氏體組織使工件21萊統(tǒng)倫,方金風(fēng),曹軍熱模擬試驗(yàn)在金屬熱變形的組織不均勻,降低工件的使用性能及壽命78研究中的應(yīng)用[]理化檢驗(yàn)一物理分冊(cè),2001,36另外,鋼的變形抗力是指鋼阻止使其發(fā)生塑性變3]王志強(qiáng),沈健,張新明,A-L合金熱壓縮時(shí)的不形的能力,其數(shù)值等于使其發(fā)生塑性變形時(shí)所必均勻變形現(xiàn)象[J].稀有金屬,199,23(6):466須施加的外力。變形抗力是影響鋼鐵熱軋過(guò)程軋制壓力的重要因素,金屬的變形抗力值對(duì)于計(jì)算〔4]呂知清,趙軍,王振華等.熱壓縮變形不均勻性的各種壓力加工過(guò)程的力和功,制定工藝規(guī)程,設(shè)計(jì)有限元模擬與試驗(yàn)研究[].鋼鐵,2007,42(12):53和校核壓力加工設(shè)備和工具,都是必不可少的:。因而,當(dāng)熱模擬變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集5]張艷黨紫九影響流變應(yīng)力測(cè)定的因素[J北京的應(yīng)變量、應(yīng)力不能代表變形部位的真應(yīng)變、真應(yīng)科技大學(xué)報(bào)報(bào),1997,19(1):117-121力時(shí),采集到的應(yīng)變、應(yīng)力數(shù)據(jù)影響了物理模擬的[6]陳森燦何舒星,吳伯杰,等 GLEEBLE材料熱模參考意義。擬試驗(yàn)機(jī)高溫壓縮試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理與修正[J唐山工程技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),1993,(4):40-477]束德林.工程材料力學(xué)性能[M].北京:機(jī)械工業(yè)出3結(jié)論版社,200[8]李慧,高靈清,孫建科.不同應(yīng)變速率對(duì)(1)熱模擬變形過(guò)程中計(jì)算機(jī)采集的應(yīng)變量10 MnNiCrMov船體鋼力學(xué)性能的影響[J].金屬一般小于、等于變形試樣實(shí)際橫向最大應(yīng)變量。熱處理,2008,(9):70-73除變形量很小的情況之外,變形量沒(méi)有使兩者產(chǎn)[9]李雄張鴻冰阮雪榆,等.40Cr鋼流變應(yīng)力的分生明顯的差異。另外,熱變形溫度也沒(méi)有明顯析及模擬[,材料工程,2004,1:41-49影響。[10]孫薊泉,張金旺,王永春.SPHC鋼熱變形行為的研究[].鋼鐵,2008,43(9:44-48中國(guó)煤化工CNMHG